Practica de Laboratorio # 1 Asignatura: Ing. De Los Materiales I

Practica de Laboratorio # 1
Asignatura: Ing. De Los Materiales I
Título: Metalografía. Estructuras del diagrama Hierro - Carbono.
Temática: Análisis estructural de algunas aleaciones del diagrama Fe-C.
1. Introducción
En las conferencias anteriores a esta práctica de laboratorio estudiamos los materiales, su
clasificación y propiedades, estableciendo una vinculación entre su composición, estructura,
propiedades y aplicación. La metodología para la selección de materiales. También estudiamos
como vincular la composición, estructura y las propiedades en las aleaciones Fe-C; así como
identificar los diferentes tipos de tratamientos térmicos y termoquímicos y sus aplicaciones
industriales.
Para el desarrollo de la práctica se orientó con anterioridad una guía de autopreparación.
Ahora vamos a controlar si están preparados para realizar la práctica a través de preguntas de
control.
El estudiante que no se considere preparado, no podrá realizar la práctica de laboratorio.
¿Quién me puede decir dos de las redes cristalinas características que pueden presentar las
estructuras en el diagrama hierro carbono?
Resp/
Los metales pueden presentar diferentes redes cristalinas, dentro de las cuales tenemos:
La red cúbica simple, la cúbica centrada en el cuerpo, la cúbica centrada en las caras, la
Hexagonal compacta y la hexagonal tetragonal.
En particular en las estructuras del diagrama hierro – carbono, las estructuras más comunes son
la red cúbica centrada en el las caras (austenita) y la red cúbica centrada en el cuerpo (ferrita).
La Red Cúbica Centrada en el Cuerpo: Para el intervalo de temperatura menor de 911 º C y
entre 1392-1539 º C (característico del hierro α o Ferrita).
La Red Cúbica Centrada en las Caras: Para el intervalo de temperatura entre 911-1392 º C
(característico del hierro γ o Austenita).
De las redes cristalinas cúbicas centradas en las caras y cúbica centrada en el cuerpo. ¿Cuál de
ellas contiene más átomos de carbono?
Resp/
Tiene mayor cantidad de átomos de carbono, la red cúbica centrada en las caras.
Esto es lo que provoca que al transformarse al austenita en ferrita, segrega carbono en forma de
cementita, dando lugar a otras estructuras.
¿Qué dos grupos de aleaciones se encuentran en el diagrama Fe-C?
Resp/
Aleaciones fundamentales:
1- Aceros. Aceros hipoeutectoides e hipereutectoides.
2- Fundiciones (esta se puede clasificar en: Blancas, Grises, Maleables y De Alta Resistencia).
Objetivo de la práctica.
Después de responder correctamente las preguntas de control pasamos al desarrollo de la
práctica la cual tiene como objetivos:

Emplear al microscopio metalográfico en la identificación de las fases en la
microestructura. Inferir propiedades a partir de la composición y microestructura.

Determinar la estructura de los aceros al carbono, fundiciones blancas y grises,
mediante la observación de su microestructura.
2. Desarrollo de la práctica.
Motivación
¿Creen ustedes que todos los aceros pueden ser utilizado para un fin determinado?; por ejemplo
se puede usar cualquier acero para fabricar una cuchillas de torno, un martillo, etc.; por el simple
hecho de conocerse que los aceros se encuentran dentro los materiales más resistentes que
existen.
Por supuesto que no, esta práctica les va a ayudar a fundamentar esta respuesta cuando
puedan relacionar las propiedades de algunos aceros.
Fundamentación de los métodos.
En el material de autopreparación que se les entregó con anterioridad para apoyar el
desenvolvimiento de la práctica se abordan los métodos para poder estudiar metalográficamente
un metal.
¿Quién me puede mencionar esos métodos?
Efectivamente como bien han dicho para estudiar metalográficamente un metal se selecciona
una muestra o probeta y se prepara para posteriormente revelar su estructura con un ataque
químico, lo que nos posibilita el estudio de la microestructura con un microscopio óptico o
electrónico.
Aspectos a tener en cuenta para ejecutar cada método.
Para ejecutar cada uno de los métodos hay que tener en cuenta algunos aspectos.
¿Alguien me puede decir cómo se selecciona la muestra o probeta?
Muy bien verdaderamente hay que tener presente que las muestras o probetas deben ser lo
más representativas posibles de la estructura que se estudia, para lo que se hace necesario
realizar varios cortes y con ellos obtener varias probetas cuidando que cuando se realice el corte
para no ocurran cambios estructurales debido a calentamientos o deformaciones plásticas.
¿Puede alguno de ustedes decir cómo se lleva a cavo el segundo método?
Estoy de acuerdo con ustedes en el caso del segundo método preparar la muestra seleccionada
para observar la microestrucrura en el microscopio metalográfico, se debe obtener una superficie
con acabado especular (brillo de espejo), que refleje la luz incidiendo y con ello se pueda
observar el relieve de la probeta al ser atacada. Resumiendo para preparar la probeta hay que
regirse por los siguientes pasos:
 Desbaste.
 Pulido.
 Ataque químico.
Cada uno de los pasos que conforman este método ustedes lo van a desarrollar durante la
práctica, basados en el material de autopreparación donde se explican ayudados por la
fotografía digital.
Desbaste.
¿Quién puede decir, con sus palabras, en qué consiste el desbaste?
Concuerdo con ustedes en que el desbaste hay que iniciarlo en una superficie plana con poca
densidad de rayas, para lo cual se requiere previamente el torneado fino, limado o rectificado
durante el corte de la muestra.
Para el desbaste se emplean papeles de esmeril constituidos por óxidos de aluminio o de hierro
sin lubricantes o de carburo de silicio con lubricantes.
Cuando se emplean como lubricante el agua, disminuye la profundidad de la deformación para
un alto grado de desbaste y el tiempo de preparación de las probetas.
Para el desbaste, existen máquinas que funcionan con discos de papeles con lubricación o sin
este, que como en nuestro caso a 280 r.p.m.
Pero con solo este conocimiento no se puede desbastar hay que saber los procedimientos para
efectuar el desbaste, haber, ¿Quién me los puede decir?
Resumiendo lo que han dicho algunos de ustedes podemos decir que para efectuar el desbaste
se procede de la siguiente forma:
 Se chequea que sobre los discos fueron colocados los papeles requeridos en función del
estado de la superficie de la probeta.
 Se chequea la conexión del agua de lubricación y la descarga de ésta.
 Se pone en funcionamiento el equipo y se regula el agua de lubricación, de forma tal que sea
abundante pero sin provocar salpicadura.
 Se coloca suavemente la probeta sobre el papel de grado más grueso, observándose como
fueron eliminadas las rayas que poseía del proceso anterior.
 Antes de pasar al papel de grado medio o fino, se efectúa previamente un enjuague para
evitar la contaminación del papel siguiente.
 Al colocar la probeta sobre el papel siguiente, se observan las rayas previamente y se gira
90 grado la probeta para poder observar la eliminación de las mismas.
 Para lograr una superficie plana y los bordes bien definidos, se evitará levantar la probeta.
Pulido.
Al concluir el desbaste pasamos al pulido que es similar al desbaste, aunque proporciona un
acabado de mayor calidad, eliminándose todas las rayas de la superficie que queda con un
acabado especular.
El pulido se divide en dos etapas, ¿Alguien me las puede mencionar?
Efectivamente las etapas son el pulido grueso que elimina rugosidades superficiales y la capa
deformada durante desbaste y el pulido fino, donde se obtiene una superficie libre de daños de
pulido dentro de los límites razonables.
Para el pulido se emplean abrasivos como alúmina, pasta de diamante y óxido de cromo (piedra
verde). En este caso usaremos óxido de cromo.
El soporte de los abrasivos son paños de pulido, constituidos por fibras resistentes al desgaste,
como por ejemplo, terciopelo, gamuza sintética, paños de billar, etc. en nuestro caso utilizaremos
gamuza sintética.
Para el pulido se coloca sobre el paño el abrasivo, en el pulido grueso, se presiona con fuerza y
en el fino, se elimina paulatinamente la presión hasta completar el mismo.
Cuando se emplea el óxido de cromo o pasta de diamante se emplea como solvente solución de
alcohólica, para la alúmina agua desmineralizada.
¿Qué se hace al culminar el pulido?
Pues al culminar el pulido con la observación final, se procede a lavar y limpiar con alcohol o
acetona la superficie de la probeta, empleando para ello un papel de filtro o similar.
Ataque químico.
Ya con la probeta limpia pasamos a realizar el ataque químico con el objetivo de revelar la
microestructura de la probeta, lo que incluye los bordes del grano, fases presentes, planos
cristalográficos, etc. Ello es posible dado el ataque influyente de un reactivo químico sobre los
limites de grano, determinada fase, etc.
Los reactivos químicos para los diferentes ataques se detallan en la literatura, debiéndose tener
en cuenta en cada caso el tiempo de ataque para que este no se produzca en toda la superficie,
originándose lo que se denomina: quemar la probeta.
Posterior al ataque, se lavan las probetas con agua y se secan con alcohol, frente a una
corriente de aire caliente, para lo cual se emplean estufas que proporcionan una circulación de
aire interna y temperatura regulable.
Estudio de la microestructura con un microscopio óptico o electrónico.
Una vez que la probeta se haya preparado ¿Qué nos queda por hacer?
Así mismo, pasamos a la observación al microscopio metalográfico.
Este microscopio es un instrumento auxiliar, que muestra la estructura de la superficie plana, sus
principales características se encuentran en la guía de preparación por lo tanto deben haber sido
estudiadas por ustedes con anterioridad.
¿Quién me dice como se debe proceder para realizar la observación al microscopio?
Para realizar la observación en el microscopio metalográfico, se debe proceder previamente a la
colocación de la superficie de la probeta en posición completamente horizontal, para lo cual se
emplean placas metálicas o plásticas con plastilina y en la cual se presiona la probeta con un
equipo disponible.
Se colocan en el microscopio las probetas, seleccionando el aumento a obtener en el lente.
En nuestro caso se desea 1500 aumentos, lo cual se logra con la lente que produce 100
aumentos y el ocular que produce 15 aumentos.
¿Qué se hace después de colocar la probeta en el microscopio?
Una vez colocada las probetas se enciende las lámparas del microscopio y se enfoca la probeta,
colocándose en el punto donde incide la luz una gota de aceite de inmersión.
Posteriormente se procede mediante la observación al enfoque de la microestructura.
Cuando se observa la microestructura, se procede a la caracterización de la misma
identificando de la estructura, apoyado en la caracterización de las fases presentes, los
constituyentes de las mismas, sus características, estructura cristalina, microdureza y la dureza
estimada a través del libro de texto y atlas estructurales.
Para continuar con el desarrollo de la práctica de laboratorio es necesario que se agrupen en
parejas y que cada dúo tome una de las probetas que están sobre la meseta. Estas muestras
están constituidas por diferentes tipos de aceros sin tratamiento.
El docente les va informando el contenido de carbono correspondiente a cada muestra.
Ahora ya pueden comenzar organizadamente con la preparación de la probeta, lo que incluye
todos los pasos que describimos al inicio, los que vayan terminando de preparar la probeta van
pasando a la observación al microscopio. Después de observar la muestra deben pasar a la
caracterización de la misma, para ello pueden ayudarse de la tabla que se encuentra en la
pizarra.
TABLA 1
muestras.
MUESTRA
Resultado de la observación al microscopio metalográfico de diferentes
RESULTADOS
OBSERVACION
En esta parte de la clase el docente habla poco, su función es mayormente evaluativa. Mientras
los estudiantes trabajan el docente los va evaluando en función de las habilidades mostradas
por cada uno de forma independiente.
A los estudiantes que no se desenvuelvan con soltura el docente les hace preguntas de control
para de esta manera poderlos evaluar. Estas preguntas estas se enfocan a la parte de la práctica
en la cual tenga dificultad el estudiante específico.
En el microscopio metalográfico el docente comprueba los conocimientos relativos al manejo del
mismo ya que los estudiantes deben haberse estudiado aspectos relacionados con esta
actividad, aunque si es necesario el docente puede darle algunas indicaciones adicionales.
El docente coloca en la pizarra los contenidos que debe llevar el informe del laboratorio
independientemente de que los estudiantes lo conocen porque esta información está implícita en
el contenido de la guía de auto preparación.
CONTENIDO DEL INFORME
Titulo de la práctica:
Nombre y Apellido:
Introducción:
Que incluya los objetivos de la práctica y los métodos que se emplean para el cumplimiento de
los propuestos.
Desarrollo:
Conclusiones y Recomendaciones:
Bibliografía.
Cuando el docente se percata de que todos los estudiantes has terminado la caracterización de
su muestra, comienza a orientarles nuevamente actividades, en esta ocasión para ayudar a los
estudiantes a que puedan llegar a las conclusiones de la práctica.
Como ya todos observaron y caracterizaron su muestra les pido que intercambien su tabla de
resultados con otro dúo.
¿Quien me puede decir que diferencias hay entre su muestra y la ahora tiene sus manos?
Como bien ustedes han podido apreciar los aceros observados tienen diferentes estructuras y
propiedades químicas y sus áreas relativas ocupan diferentes fases en función de la
composición a carbono.
¿Quién me puede decir a que conclusiones podo llegar con el desarrollo de la práctica?
Los estudiantes dan diferentes criterios y el profesor resume y llega a las conclusiones generales
de la práctica.
Conclusiones de la práctica
1- Para la observación estructural de los distintos materiales (materiales a utilizar) es necesario
en primer lugar realizar la preparación superficial de los mismos lo que permite revelar las
estructuras presentes.
2- Son de gran importancia los métodos para relevar la estructura metalográfica ya que nos
permiten estudiar las estructuras mecánicas y con ello realizar distintos análisis.
3- Otra conclusión puede ser medidas a tomar de carácter general o particular con algunos
estudiantes después de haber analizado la situación individual de cada uno de ellos durante
el desarrollo de la práctica.
Bibliografía.
1. Texto de metalografía. Tomo 1. Avner S. Introducción a la metalurgia física. Editorial Ciencia
y técnica. La Habana. 1970.
2. P. Guliaev. Metalografía tomo I.
3. A. Kucher. Tecnología de Metales.
4. B. A. Kuzmán. Metalurgia, Metalografía y materiales de construcción.
5. H. U. Ordonez. Tecnología de los Metales.
Materiales complementarios.
1. http://matweb.tradepub.com/ (Plásticos, Cerámicas y Composites).
2. http://www.fiqm.umcc.cu/ (Ciencia de los Materiales).